而成，所述帶狀彈性材料彎曲成U形，U形的開口部朝下，U形開口處兩側(cè)的帶狀彈性材料端部與固定部2固定連接；所述電輸出部從如下四種并列方案中擇一采用: 方案一:所述電輸出部由連接板3、感應(yīng)線圈4和永磁鐵5組成；所述連接板3設(shè)置于振動(dòng)部I的內(nèi)腔中，連接板3兩端分別與水平方向上振動(dòng)部I兩側(cè)的內(nèi)壁連接；所述感應(yīng)線圈4設(shè)置于連接板3的下側(cè)面上；所述永磁鐵5設(shè)置于固定部2上，應(yīng)線圈4位于永磁鐵5的磁場作用范圍內(nèi)；
方案二:所述電輸出部由兩塊條形電極6組成；第一條形電極6設(shè)置于振動(dòng)部I的內(nèi)腔中，第一條形電極6兩端分別與水平方向上振動(dòng)部I的內(nèi)壁連接；第二條形電極6設(shè)置于固定部2上，第二條形電極6位于振動(dòng)部I上U形開口處的間隙內(nèi)；兩個(gè)條形電極6的極性面相對(duì)；
方案三:所述電輸出部由固定板7、永磁體8和層狀復(fù)合磁電換能器9組成；所述固定板7設(shè)置于振動(dòng)部I的內(nèi)腔中，固定板7兩端分別與水平方向上振動(dòng)部I的內(nèi)壁連接；層狀復(fù)合磁電換能器9設(shè)置于固定部2上，層狀復(fù)合磁電換能器9位于振動(dòng)部I上U形開口處的間隙內(nèi)；
方案四:所述電輸出部由多片壓電材料片13組成；或者多片壓電材料片13粘貼在振動(dòng)部I的外周面上，或者多片壓電材料片13粘貼在振動(dòng)部I的內(nèi)周面上，或者在振動(dòng)部I的外周面和內(nèi)周面上同時(shí)粘貼多片壓電材料片13。
[0021]進(jìn)一步地，所述振動(dòng)部I上U形開口處的間隙寬度小于U形中部的間隙寬度。
[0022]進(jìn)一步地，所述固定部2為U形結(jié)構(gòu)體，固定部2的外側(cè)面與振動(dòng)部I的外側(cè)面平滑過渡，固定部2內(nèi)部的U形腔與振動(dòng)部I的U形開口向?qū)?；固定?內(nèi)部的U形腔底部設(shè)置有固定孔；
采用方案一時(shí)，所述固定部2上的U形腔開口處設(shè)置有支撐板10，支撐板10兩端分別與水平方向上固定部2兩側(cè)的內(nèi)壁連接，所述永磁鐵5設(shè)置于支撐板10上；
采用方案二時(shí)，所述第二條形電極6設(shè)置于固定部2上的U形腔開口處，第二條形電極6兩端分別與水平方向上固定部2兩側(cè)的內(nèi)壁連接；
采用方案三時(shí)，所述固定部2上的U形腔開口處設(shè)置有支板11，支板11兩端分別與水平方向上固定部2兩側(cè)的內(nèi)壁連接，所述層狀復(fù)合磁電換能器9的下端與支板11連接。
[0023]進(jìn)一步地，采用方案一時(shí)，所述連接板3采用絕緣材料制作，所述支撐板10采用不導(dǎo)磁材料制作。
[0024]進(jìn)一步地，采用方案三時(shí)，所述層狀復(fù)合磁電換能器9和支板11之間設(shè)置有永磁體二 12，永磁體二 12下端與支板11上側(cè)面連接，永磁體二 12上端與層狀復(fù)合磁電換能器9下端連接；永磁體二 12和永磁體8的相對(duì)面極性相反。
[0025]進(jìn)一步地，所述固定板7和支板11均采用不導(dǎo)磁材料制作。
[0026]下面我們?cè)購牧黧w力學(xué)的角度來分析一下本發(fā)明的振動(dòng)狀態(tài):參見圖6，當(dāng)風(fēng)從正面或背面(圖中兩個(gè)箭頭所示方向即分別為“正面”和“背面”)吹拂到振動(dòng)部I上時(shí)，振動(dòng)部I會(huì)發(fā)生顫振，并且振動(dòng)的幅度和頻率隨著風(fēng)速增大而增大，當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大到一定程度時(shí)，振動(dòng)進(jìn)入混沌模態(tài)，不再具有周期性；
參見圖7，當(dāng)風(fēng)從側(cè)面(圖中箭頭所示方向即為“側(cè)面”)吹拂到振動(dòng)部I上時(shí)，低風(fēng)速下，氣流會(huì)在振動(dòng)部I的表面產(chǎn)生渦街脫落，從而對(duì)振動(dòng)部I產(chǎn)生一個(gè)凈壓力激發(fā)其振動(dòng)，并且渦街脫落的頻率與風(fēng)速成正相關(guān)，當(dāng)渦街脫落頻率達(dá)到振動(dòng)部I的固有頻率時(shí)，發(fā)生共振，振動(dòng)最為劇烈；風(fēng)速超過一定范圍時(shí)，振動(dòng)進(jìn)入混沌模態(tài)； 當(dāng)風(fēng)從振動(dòng)部I頂部吹拂到振動(dòng)部I上時(shí)，會(huì)在振動(dòng)部I的中部表面以及靠近U形開口的部位附近產(chǎn)生渦街脫落，激發(fā)振動(dòng)部I振動(dòng)，振動(dòng)幅度及頻率隨風(fēng)速增大而增加；當(dāng)渦街脫落的頻率接近振動(dòng)部I的固有頻率時(shí)，就會(huì)發(fā)生頻率鎖定效應(yīng)，風(fēng)速在一定范圍內(nèi)增大時(shí)，振動(dòng)部I的振動(dòng)頻率只在其固有頻率附近變化，振動(dòng)部I持續(xù)大幅度振動(dòng)；當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大到一定程度后，振動(dòng)進(jìn)入混沌模態(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于構(gòu)建風(fēng)能采集器的振動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)由振動(dòng)部(I)和固定部(2)組成；所述振動(dòng)部(I)由帶狀彈性材料塑形而成，所述帶狀彈性材料彎曲成U形，U形的開口部朝下，U形開口處兩側(cè)的帶狀彈性材料端部與固定部(2 )固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于構(gòu)建風(fēng)能采集器的振動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述振動(dòng)部(1)上U形開口處的間隙寬度小于U形中部的間隙寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于構(gòu)建風(fēng)能采集器的振動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述固定部(2)為U形結(jié)構(gòu)體，固定部(2)的外側(cè)面與振動(dòng)部(I)的外側(cè)面平滑過渡，固定部(2)內(nèi)部的U形腔與振動(dòng)部(I)的U形開口向?qū)?，固定?2)的內(nèi)側(cè)面與振動(dòng)部(I)的內(nèi)側(cè)面平滑過渡；固定部(2)內(nèi)部的U形腔底部設(shè)置有固定孔。
4.一種基于權(quán)利要求1所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)能采集器，其特征在于:所述風(fēng)能采集器由振動(dòng)部(I)、固定部(2)和電輸出部組成；所述振動(dòng)部(I)由帶狀彈性材料塑形而成，所述帶狀彈性材料彎曲成U形，U形的開口部朝下，U形開口處兩側(cè)的帶狀彈性材料端部與固定部(2)固定連接；所述電輸出部從如下四種并列方案中擇一采用: 方案一:所述電輸出部由連接板(3 )、感應(yīng)線圈(4 )和永磁鐵(5 )組成；所述連接板(3 )設(shè)置于振動(dòng)部(I)的內(nèi)腔中，連接板(3)兩端分別與水平方向上振動(dòng)部(I)兩側(cè)的內(nèi)壁連接；所述感應(yīng)線圈(4)設(shè)置于連接板(3)的下側(cè)面上；所述永磁鐵(5)設(shè)置于固定部(2)上，應(yīng)線圈(4)位于永磁鐵(5)的磁場作用范圍內(nèi)； 方案二:所述電輸出部由兩塊條形電極(6)組成；第一條形電極(6)設(shè)置于振動(dòng)部(I)的內(nèi)腔中，第一條形電極(6)兩端分別與水平方向上振動(dòng)部(I)的內(nèi)壁連接；第二條形電極(6)設(shè)置于固定部(2)上，第二條形電極(6)位于振動(dòng)部(I)上U形開口處的間隙內(nèi)；兩個(gè)條形電極(6)的極性面相對(duì)； 方案三:所述電輸出部由固定板(7)、永磁體(8)和層狀復(fù)合磁電換能器(9)組成；所述固定板(7 )設(shè)置于振動(dòng)部(I)的內(nèi)腔中，固定板(7 )兩端分別與水平方向上振動(dòng)部(I)的內(nèi)壁連接；層狀復(fù)合磁電換能器(9 )設(shè)置于固定部(2 )上，層狀復(fù)合磁電換能器(9 )位于振動(dòng)部(I)上U形開口處的間隙內(nèi)； 方案四:所述電輸出部由多片壓電材料片(13)組成；或者多片壓電材料片(13)粘貼在振動(dòng)部(I)的外周面上，或者多片壓電材料片(13)粘貼在振動(dòng)部(I)的內(nèi)周面上，或者在振動(dòng)部(I)的外周面和內(nèi)周面上同時(shí)粘貼多片壓電材料片(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)能采集器，其特征在于:所述振動(dòng)部(I)上U形開口處的間隙寬度小于U形中部的間隙寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)能采集器，其特征在于:所述固定部(2)為U形結(jié)構(gòu)體，固定部(2)的外側(cè)面與振動(dòng)部(I)的外側(cè)面平滑過渡，固定部(2)內(nèi)部的U形腔與振動(dòng)部(I)的U形開口向?qū)Γ还潭ú?2)內(nèi)部的U形腔底部設(shè)置有固定孔； 采用方案一時(shí)，所述固定部(2)上的U形腔開口處設(shè)置有支撐板(10)，支撐板(10)兩端分別與水平方向上固定部(2 )兩側(cè)的內(nèi)壁連接，所述永磁鐵(5 )設(shè)置于支撐板(1 )上； 采用方案二時(shí)，所述第二條形電極(6)設(shè)置于固定部(2)上的U形腔開口處，第二條形電極(6 )兩端分別與水平方向上固定部(2 )兩側(cè)的內(nèi)壁連接； 采用方案三時(shí)，所述固定部(2)上的U形腔開口處設(shè)置有支板(11)，支板(11)兩端分別與水平方向上固定部(2)兩側(cè)的內(nèi)壁連接，所述層狀復(fù)合磁電換能器(9)的下端與支板(11)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)能采集器，其特征在于:采用方案一時(shí)，所述連接板(3)采用絕緣材料制作，所述支撐板(10)采用不導(dǎo)磁材料制作。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)能采集器，其特征在于:采用方案三時(shí)，所述層狀復(fù)合磁電換能器(9)和支板(11)之間設(shè)置有永磁體二(12)，永磁體二(12)下端與支板(11)上側(cè)面連接，永磁體二( 12)上端與層狀復(fù)合磁電換能器(9)下端連接；永磁體二( 12)和永磁體(8)的相對(duì)面極性相反。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)能采集器，其特征在于:所述固定板(7)和支板(11)均采用不導(dǎo)磁材料制作。
【專利摘要】一種用于構(gòu)建風(fēng)能采集器的振動(dòng)結(jié)構(gòu)，其創(chuàng)新在于：所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)由振動(dòng)部和固定部組成；所述振動(dòng)部由帶狀彈性材料塑形而成，所述帶狀彈性材料彎曲成U形，U形的開口部朝下，U形開口處兩側(cè)的帶狀彈性材料端部與固定部固定連接。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：提供了一種新的振動(dòng)結(jié)構(gòu)及風(fēng)能采集器，得益于振動(dòng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，風(fēng)能采集器對(duì)風(fēng)向和風(fēng)速的適應(yīng)范圍得到了擴(kuò)展，能量采集效率得到了提高。
【IPC分類】F03D5-00, H02K35-04, H02N2-18, H02N11-00, F03D9-00
【公開號(hào)】CN104779766
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510227025
【發(fā)明人】趙江信, 楊進(jìn), 林志偉, 趙念, 林志明, 文玉梅, 李平
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年5月7日